DE1238543B - Vacuum switch contact - Google Patents

Vacuum switch contact

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DE1238543B
DE1238543B DE1964A0047304 DEA0047304A DE1238543B DE 1238543 B DE1238543 B DE 1238543B DE 1964A0047304 DE1964A0047304 DE 1964A0047304 DE A0047304 A DEA0047304 A DE A0047304A DE 1238543 B DE1238543 B DE 1238543B
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DE
Germany
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contact
alloy
contacts
copper
antimony
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Pending
Application number
DE1964A0047304
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German (de)
Inventor
Michael Peter Reece
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Associated Electrical Industries Ltd
Original Assignee
Associated Electrical Industries Ltd
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • C23C26/02—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00 applying molten material to the substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/02—Contacts characterised by the material thereof
    • H01H1/0203—Contacts characterised by the material thereof specially adapted for vacuum switches

Description

DEUTSCHES WTW^ PATENTAMTGERMAN WTW ^ PATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 21 c - 35/09 German class: 21 c - 35/09

Nummer: 1 238 543Number: 1 238 543

Aktenzeichen: A 47304 VIII d/21 cFile number: A 47304 VIII d / 21 c

1 238 543 Anmeldetag: 12.Oktober 19641 238 543 filing date: October 12, 1964

Auslegetag: 13. April 1967Opened on: April 13, 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vakuumschalter-Kontakt, der es ermöglicht, hohe Ströme bis zu mehreren 10 000 A zu unterbrechen und daher besonders für Leistungsschalter geeignet ist. Damit bei solchen hohen Strömen keine übermäßige Erhitzung des Kontaktmaterials eintritt, darf der Lichtbogenfußpunkt nicht auf der Kolbenfläche an einer Stelle verbleiben, sondern es muß dafür gesorgt werden, daß der Lichtbogen auf der Kontaktfläche rotiert. Derartige Schaltkontakte sind bereits für Vakuumschalter bekannt. Man hat zur Erzeugung einer Lichtbogenrotation einen Teil des Kontaktes mit Schlitzen versehen, wodurch das magnetische Feld des Lichtbogens diesen an den äußeren Rand des Kontaktes und über dessen Fläche treibt und in Umdrehungen versetzt.The invention relates to a vacuum switch contact which enables high currents up to to interrupt several 10,000 A and is therefore particularly suitable for circuit breakers. So with such high currents no excessive heating of the contact material occurs, the arc root point is allowed do not remain on the piston surface in one place, but it must be ensured that that the arc rotates on the contact surface. Such switching contacts are already for vacuum switches known. Part of the contact is made with slots to produce an arc rotation provided, whereby the magnetic field of the arc pushes it to the outer edge of the contact and drives over its surface and rotates.

Außerdem müssen die Schaltkontakte eine hohe elektrische Leitfähigkeit und eine genügend hohe mechanische Festigkeit besitzen, um dem Kontaktdruck im geschlossenen Zustand zu widerstehen. Ferner müssen die Schaltkontaktmaterialien die Eigenschaft besitzen, daß sie nicht im geschlossenen Zustand miteinander vershweißen, wozu metallische Oberflächen im Vakuum sehr leicht neigen. Materialien mit einer hohen mechanischen Festigkeit, wie z. B. Molybdän, neigen wiederum dazu, ein Abreißen des Stromes vor dem Nulldurchgang zu begünstigen, was darauf zurückzuführen ist, daß die zur Aufrechterhaltung des Lichtbogens erforderliche Spannung sehr groß ist im Vergleich zu Materialien mit einer niedrigen Lichtbogenspannung. In addition, the switching contacts must have a high electrical conductivity and a sufficiently high mechanical Have strength to withstand contact pressure when closed. Further the switching contact materials must have the property that they are not in the closed state with each other welding, which metallic surfaces tend to do very easily in a vacuum. Materials with a high mechanical strength, such as B. molybdenum, in turn, tend to tear off the current favor the zero crossing, which is due to the fact that the maintenance of the The arc voltage required is very large compared to materials with a low arc voltage.

Es ist bereits bekannt, daß das Verschweißen der Kontakte im kalten Zustand beträchtlich herabgesetzt werden kann, wenn das Material mit hoher Lichtbogenspannune mit einem Material legiert wird, das eine gewisse Sprödigkeit in die Kontaktfläche bringt. Dieses Material muß außerdem einen genügend hohen Dampfdruck haben, um die Gefahr des Stromabreißens zu vermindern; aber der Dampfdruck darf wiederum nicht so hoch sein, daß eine starke Erosion an der Kontaktfläche auftritt und die Stromunterbrechung wegen der hohen Dampferzeugung schwierig wird. Bei einem bekannten Vakuumschalter-Kontakt wird daher der Kontaktkörper aus einem Material hoher Lichtbogenspannung hergestellt, in dessen Oberfläche ein Material niedriger Lichtbogenspannung in Aussparungen eingebettet ist. Eine Formierung der Kontakte findet anschließend unter Einwirkung des Lichtbogens durch mehrmaliges Schalten des Vakuumschalters statt. Hierbei wird Material niedriger Lichtbogenspannung aus den Aussparungen verdampft und als Film auf der übrigen Oberfläche Vakuumschalter-KontaktIt is already known that the welding of the contacts when cold is considerably reduced when the high arc voltage material is alloyed with a material that brings a certain brittleness to the contact surface. This material must also be sufficient have high vapor pressure to reduce the risk of a current failure; but the steam pressure is allowed again not be so high that severe erosion occurs on the contact surface and the current interruption becomes difficult because of the high steam generation. With a known vacuum switch contact therefore, the contact body is made of a material of high arc voltage, in which Surface a material of low arc voltage is embedded in recesses. A formation the contact then takes place under the action of the arc by switching it several times the vacuum switch instead. In this case, material with a low arc voltage is extracted from the recesses evaporates and forms a film on the remaining surface of the vacuum switch contact

Anmelder:Applicant:

Associated Electrical Industries Limited, London Vertreter:Associated Electrical Industries Limited, London Representative:

Dipl.-Ing. W. Reuther, Patentanwalt,
Waldacker über Offenbach/M., Finkenstr. 17Dipl.-Ing. W. Reuther, patent attorney,
Waldacker via Offenbach / M., Finkenstr. 17th

Als Erfinder benannt:
Michael Peter Reece, LondonNamed as inventor:
Michael Peter Reece, London

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Großbritannien vom 11. Oktober 1963 (40 231)Great Britain 11 October 1963 (40 231)

der Kontaktkörper niedergeschlagen und zum Teil einlegiert. Ein anderes ebenfalls bekanntes Verfahren sieht vor, einen porösen Kontaktträger zu fertigen und diesen mit einer geeigneten Legierung niedrigerer Lichtbogenspannung zu imprägnieren oder diese Legierung allein für die Herstellung von Kontakten zu verwenden. Während bei dem erstgenannten Verfahren eine gleichmäßige Formierung der Oberfläche der Kontakte erst nach mehreren Schaltungen erreicht wird und damit einen besonderen Arbeitsaufwand erfordert, weist die Herstellung eines porösen Kontaktträgers den Nachteil auf, daß ziemlich teure Materialien, wie z. B. Wolfram und Molybdän, Verwendung finden.the contact body is knocked down and partly alloyed. Another also known method provides to manufacture a porous contact carrier and lower this with a suitable alloy To impregnate arc voltage or to use this alloy alone for making contacts use. While in the first-mentioned method a uniform formation of the surface of the Contacts are only reached after several switchings and thus requires a special amount of work, the production of a porous contact carrier has the disadvantage that rather expensive materials, such as B. tungsten and molybdenum, find use.

Die Erfindung vermeidet nun diese Nachteile und geht von einem Vakuumschalter-Kontakt mit ringförmiger Kontaktfläche aus, auf der der Lichtbogen zur Rotation gebracht wird. Zur Ausführung des Verfahrens ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß in Ausnehmungen des Kontaktkörpers aus einem Material mit hoher Lichtbogenspannung ein Material mit niedriger Lichtbogenspannung in an sich bekannter Weise eingesetzt ist und daß der Kontakt im Vakuum auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, bis sich eine Legierung der beiden Materialien durch Diffusion bildet, wonach von der Kontaktfläche an die Legierung angrenzendes, überschüssiges Material mit hoher Lichtbogenspannung entfernt wird. Dabei ist es zweckmäßig, daß das Material mit niedriger Lichtbogenspannung oder die Legierung durch Elektroplattierung oder Dampfniederschlag vor der Diffusion aufgebracht wird. Die Vorteile dieses Diffusionsverfahrens nach der Erfindung bestehen darin, daß Va-The invention now avoids these disadvantages and is based on a vacuum switch contact with an annular Contact surface on which the arc is made to rotate. To execute the According to the invention, the method provides that in recesses of the contact body made of a material with a high arc voltage a material with a low arc voltage in a per se known Way is used and that the contact is heated in a vacuum to a certain temperature until an alloy of the two materials forms by diffusion, after which from the contact surface to the Excess material adjacent to the alloy is removed with high arc voltage. It is it is desirable that the low arc voltage material or alloy be electroplated or vapor deposit is applied prior to diffusion. The advantages of this diffusion process according to the invention consist in that Va-

709 549/305709 549/305

Claims (2)

kuumschalter-Kontakte in einfacher und wirtschaftlicher Weise mit einer gleichmäßig formierten Kontaktoberfläche herstellbar sind und ein nachträgliches Formierungsverfahren durch einen Lichtbogen entfällt. Die Dicke der Diffusionsschicht braucht dabei 5 nur so groß zu sein, wie es für den maximal zulässigen Abbrand der Kontakte erforderlich ist, z. B. einige Millimeter. Damit ist das Verfahren auch wirtschaftlicher als das obengenannte Verfahren zur Herstellung von Kontakten vermittels poröser Kontaktträger. Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sei auf die Zeichnung verwiesen. F i g. 1 stellt eine Seitenansicht des Vakuumschalters im Schnitt dar; F i g. 2 ist eine Draufsicht auf einen der Schaltkontakte; F i g. 3 bis 6 sind Ansichten des Schaltkontaktes in verschiedenen Phasen des Herstellungsverfahrens. Gemäß F i g. 1 und 2 besteht der Vakuumschalter aus einer Kammer 1 aus Isoliermaterial mit den beiden metallischen Deckeln 2 und 3. Durch eine öffnung 4 im Deckel 2 kann der bewegliche Leiter 5 mit Hilfe des Balgens 6 vakuumdicht in die Kammer 1 eingeführt werden. Ein anderer fester Leiter? ist durch den Deckel 3 geführt. Die Leiter 5 und 7 tragen Kontakte 8 und 9 gleicher Ausführung. Die Schaltkammer ist auf einen Druck von etwa IO-6 mm oder weniger Quecksilbersäule evakuiert. Die aufeinanderstoßenden Enden der Kontakte sind als ringförmige Teile 11 und 12 ausgebildet. Ihre Oberflächen 13 uüd 14 bilden die eigentlichen Kontaktflächen. Jeder ringförmige Teil ist mit einer Anzahl von Schlitzen 15 und 16 versehen, die sich im wesentlichen radial erstrecken und in einem Winkel zur Längsachse der Kontakte geneigt sind. Wenn ein stärkerer Strom unterbrochen wird, bilden sich ein oder mehrere Lichtbögen zwischen den Flächen 13 und 14, wobei durch die Form der Schlitze und das vom Strom erzeugte magnetische Feld der oder die Lichtbögen über die Kontaktflächen bewegt werden, so daß eine Überhitzung an nur einer Stelle verhindert wird. Gemäß der Erfindung haben nun die Kontakte 8 und 9 eine Kontaktfläche 13 oder 14, die aus einer Legierung aus einem Material mit hoher Lichtbogenspannung und einem Material mit niedriger Lichtbogenspannung besteht, welche mit einem Grundmaterial aus hoher Lichtbogenspannung verschmolzen ist. Wie die Herstellung eines solchen Kontaktes erfolgt, geht aus den F i g. 3 bis 6 hervor. Ein Kontaktkörper gemäß F i g. 3 besteht aus einer Legierung von etwa 99% Kupfer und 1% Silber mit niedrigem Gasgehalt. Dieser Körper hat koaxiale Teile, die den LeiterS und den Kontakte bilden. Der Kontakte weist eine zentrale Ausnehmung 17 auf, und der diese umgebende ringförmige Teil 11 ist mit einer koaxialen ringförmigen Nut 18 versehen. Aus F i g. 4 ist ersichtlich, daß Stücke 19 aus einer Legierung von 69% Kupfer und 31 % Antimon in die ringförmige Nut 18 eingebracht sind. Der Kontaktkörper wird danach in einem Vakuum über eine bestimmte Zeit und bei bestimmter Temperatur erhitzt. Während dieser Erhitzung schmilzt die Kupfer-Antimon-Legierung und füllt die Nut 18 bis zu einem bestimmten Niveau auf, das durch die gestrichelte Linie 20 dargestellt ist. Mit zunehmender Temperatur dringt die geschmol- zene Kupfer-Antimon-Legierung in das Kontaktkörpermaterial ein, bis sie einen vorbestimmten Bereich 21 erreicht hat (F i g. 5) Und das gesamte Material innerhalb dieses Bereiches geschmolzen ist. Dadurch hebt sich das Niveau bis zur Fläche 22 an, wobei die Küpfer-Antimon-Silber-Legierung in ihrem Antimongehalt absinkt, was von dem vorliegenden Volumen abhängig ist. Bei diesem Stand des Verfahrens wird der Kontakt zur Abkühlung gebracht, wodurch die Kupfer-Antimon-Silber-Legierung verfestigt wird. Der Kontakt wird dann auf eine Größe bearbeitet, die durch die Linien 23 in F i g. 5 und den ringförmigen Teil 11 in F i g. 6 wiedergegeben ist. Der Kontakt hat nunmehr eine Kupfer-Antimon-Silber-Legierungskontaktfläche 24 auf dem ringförmigen Teil 11 des Kontaktkörpers 8, der aus Kupfer mit 1 % Silber besteht. Er kann nun mit Schlitzen versehen werden, wie sie in F i g. 1 und 2 gezeigt sind. Danach werden die Kontakte innerhalb des Gehäuses in bekannter Weise entgast. Ein Vorteil, den Kontaktkörper aus einer IiIt-Silber-Legierung zu machen, besteht darin, daß das Silber den Zähnen zwischen den Schlitzen eine gewisse Federung gibt, die zu einer gleichmäßigen Verteilung des Kontaktdruckes über die Köötaktfläthe führt. An Stelle von Stücken 19 (F i g. 4) kann das Legierungsmäterial auch aus Folie oder Blechteilchen oder einer sonstigen Form bestehen. In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, diese Legierung durch Elektroplattierung oder Dampfniederschlag aüfeu^ bringen. Eine ringförmige Nut 18 ist nicht unbedingt nötwendig für die Herstellung der Kontaktfiache. In manchen Fällen kann das Legieningsmätefial auch unmittelbar auf eine glatte Fläche des Kontaktkörpers aufgebracht werden. An Stelle einer Kupfer-Antimon-Silber-Legierung kann auch eine Kupfer-Zinn-Nickel-Legierung vorgesehen werden für die Legierung aus einem Material mit hoher und niedriger Lidhtbogenspannüng. Auch andere Legierungen können benutzt werden, vorausgesetzt, daß sie eine hohe elektrische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit besitzen, weiter eine genügende Sprödigkeit aufweisen, um die kälte Verschweißung der Kontakte im geschlossenen Zustand zu verhindern, und einen genügend hohen Dämpfdruck haben, um die Gefahr des Abreißen« des Stromes während der Kontäktöffnung so gering wie möglich zu halten. Patentansprüche:vacuum switch contacts can be produced in a simple and economical manner with a uniformly formed contact surface and a subsequent forming process by means of an electric arc is not necessary. The thickness of the diffusion layer only needs to be as great as is necessary for the maximum permissible erosion of the contacts, e.g. B. a few millimeters. The method is thus also more economical than the above-mentioned method for producing contacts by means of porous contact carriers. For a further explanation of the invention, reference is made to the drawing. F i g. Fig. 1 is a sectional side view of the vacuum interrupter; F i g. Figure 2 is a top plan view of one of the switch contacts; F i g. 3 to 6 are views of the switch contact in various stages of the manufacturing process. According to FIG. 1 and 2, the vacuum switch consists of a chamber 1 made of insulating material with the two metal covers 2 and 3. The movable conductor 5 can be introduced vacuum-tight into the chamber 1 through an opening 4 in the cover 2 with the aid of the bellows 6. Another permanent leader? is passed through the cover 3. The conductors 5 and 7 carry contacts 8 and 9 of the same design. The interrupter is evacuated to a pressure of about 10 -6 mm or less of mercury. The ends of the contacts that meet one another are designed as ring-shaped parts 11 and 12. Their surfaces 13 and 14 form the actual contact surfaces. Each annular part is provided with a number of slots 15 and 16 which extend substantially radially and are inclined at an angle to the longitudinal axis of the contacts. If a stronger current is interrupted, one or more arcs form between the surfaces 13 and 14, the shape of the slots and the magnetic field generated by the current moving the arc or arcs over the contact surfaces, so that overheating of only one Place is prevented. According to the invention, the contacts 8 and 9 now have a contact surface 13 or 14 which consists of an alloy of a material with a high arc voltage and a material with a low arc voltage, which is fused to a base material with a high arc voltage. How such a contact is made is shown in FIGS. 3 to 6 stand out. A contact body according to FIG. 3 consists of an alloy of about 99% copper and 1% silver with a low gas content. This body has coaxial parts that form the conductor S and the contacts. The contact has a central recess 17, and the annular part 11 surrounding it is provided with a coaxial annular groove 18. From Fig. 4 it can be seen that pieces 19 made of an alloy of 69% copper and 31% antimony are placed in the annular groove 18. The contact body is then heated in a vacuum for a certain time and at a certain temperature. During this heating, the copper-antimony alloy melts and fills the groove 18 up to a certain level, which is shown by the dashed line 20. As the temperature increases, the molten copper-antimony alloy penetrates the contact body material until it has reached a predetermined area 21 (FIG. 5) and all of the material within this area has melted. As a result, the level rises up to surface 22, the antimony content of the Küpfer-antimony-silver alloy falling, which is dependent on the volume present. At this stage of the process, the contact is brought to cool, as a result of which the copper-antimony-silver alloy is solidified. The contact is then machined to a size indicated by lines 23 in FIG. 5 and the annular part 11 in FIG. 6 is reproduced. The contact now has a copper-antimony-silver alloy contact surface 24 on the annular part 11 of the contact body 8, which consists of copper with 1% silver. It can now be provided with slots, as shown in FIG. 1 and 2 are shown. The contacts within the housing are then degassed in a known manner. One advantage of making the contact body from an alloy-silver alloy is that the silver gives the teeth between the slots a certain degree of resilience, which leads to an even distribution of the contact pressure over the contact surface. Instead of pieces 19 (FIG. 4), the alloy material can also consist of foil or sheet metal particles or some other shape. In some cases it may be advantageous to refine this alloy by electroplating or vapor deposition. An annular groove 18 is not absolutely necessary for the production of the contact area. In some cases, the alloy material can also be applied directly to a smooth surface of the contact body. Instead of a copper-antimony-silver alloy, a copper-tin-nickel alloy can also be provided for the alloy made from a material with high and low lid arch tension. Other alloys can also be used, provided that they have high electrical conductivity and mechanical strength, furthermore have sufficient brittleness to prevent the cold welding of the contacts in the closed state, and have a sufficiently high damping pressure to avoid the risk of tearing off «To keep the current as low as possible during the opening of the contact. Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung eines Vakuumschalter-Kontaktes mit ringförmiger Kontaktfläche, auf der der Lichtbogen vermittels Einschnitte zur Rotation gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in Ausnehmungen des Kontaktkörpers aus einem Material mit hoher Lichtbogenspannung ein Material mit niedriger Lichtbogenspannung in an sich bekannter Weise eingesetzt ist und daß der Kontakt im Vakuum auf eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, bis sich eine Legierung der beiden Materialien durch Diffusion bildet, wonach von der Kontaktfläche an die Legierung angrenzendes, überschüssiges Material mit hoher Lichtbogenspannung entfernt wird.1. Process for producing a vacuum switch contact with an annular contact surface, on which the arc is made to rotate by means of incisions, thereby characterized in that in recesses of the contact body made of a material with high Arc voltage a material with a low arc voltage in a manner known per se is used and that the contact is heated in a vacuum to a certain temperature until an alloy of the two materials forms by diffusion, after which from the contact surface on excess material adjacent to the alloy is removed with high arc voltage. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit niedriger 2. The method according to claim 1, characterized in that the material with lower
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